潘兰兰

（成都成房测绘有限责任公司，四川 成都 610074）

0.引言

在获取高精度、大比例尺地形图中[1]，作业中既满足精度要求，又节省时间和成本，减小工作量[2]，是测绘人一直努力追求的方向[3]。当前，无人机技术的日趋成熟和倾斜摄影测量技术的大力发展[4]，为把野外实地场景转入室内，给内外业工作转换提供了空间，为实景三维模型的生产提供了极大地便利。

无人机倾斜摄影测量利用航空摄影大规模成图的特点，运用从倾斜影像上批量提取和粘贴纹理的方式，能够大大降低三维建模成本，且具有影像高精度、模型精细化、模型真实化的数据特点[5]。倾斜摄影测量获取的影像数据，可以处理成DOM、DLG及DEM等不同格式的数据格式，并且数据能进行矢量化等操作，扩展了其应用的范围，满足不同领域的需要。通过运用配套的软件，倾斜影像可对单张影像进行量测，可直接利用成果影像进行包括长度、高度、角度、坡度等空间信息，扩展了倾斜摄影技术在测绘及其他领域的应用。

目前已有学者研究了倾斜摄影测量原理及相关技术，提出了一种基于无人机获得三维实景模型进行大比例尺地形图的生产方法[5]，通过实例验证及精度分析，在平坦区域可满足大比例尺地形图精度要求，适用于小面积、地物较复杂区域的大比例尺地形图测绘生产，在实际生产中有一定的指导意义。

本文的创新点在于利用无人机倾斜摄影构建实景三维模型，进行立体测图，探讨内外业转换的作业方法，并进行有效地结合。本文利用无人机倾斜摄像系统获取影像数据，构建实景三维模型，并基于三维模型实现数字化测图，不仅节约了人力成本，在技术和精度上都有大幅地提升，填补了此项目区域高精度地形图的空白，本文的作业方案为内—外—内的操作流程，将主要工作在内业进行信息采集，后期通过外业寻图及实地验证后在内业进行完善。

通过前期研究及对比，本次作业我们采用了全新的技术路线，基于倾斜摄影测量的三维数字测图，该方法能够充分发挥三维模型的优势，相当于把实地的东西移到了电脑上，在内业也可以去除屋檐等对精度带来影响，可以准确判读出房屋结构、层数，可读取的信息更多。相较于传统的全站仪测图法及传统航测成图方法，无须大量的外业人员，能够明显地缩短工期及降低成本，同时成图精度均匀，并且精度可控，可在一定程度上明显提高精度。

1.研究区概况

珠嘉镇位于四川省仁寿县东北部，紧邻县城。全镇属浅丘地貌，被蓉遵高速公路、仁寿大道、仁简路横穿，交通区位优势明显。全镇幅员面积37.6km2，辖6个行政村、1个社区。珠嘉镇拥有“生态建设先进乡镇”“重点发展先进乡镇”等荣誉，境内属于亚热带季风湿润气候。

此次数字测图工作主要是完成公安标准地址信息的采集、编辑、1∶500比例尺地形图测绘生产等工作。全镇测图面积约为1.2km2，并没有集中连片，而且地形条件复杂，建筑多样、密集，同时精度要求较高。项目作业工期较短，且属于夏季，多雨水，下雨天不利于野外实测，运用传统的全野外采集方法，无法满足工期的要求。

目前数字地形图的测绘方法仍以传统的全站仪+RTK的模式为主，该种方法需要大量的外业人员，并且对外业人员的水平要求较高。近年来，因测绘市场的导向，熟练的传统数字测图人员少之又少，这导致了数字化测图的成本一直居高不下。全站仪自动跟踪测量模式，可以实现测站的无人操作，实现单人数字测图，但目前这种仪器价格昂贵，仅适用于特定的应用场合，不适用于大面积的、广泛的测图作业。传统的航测作业模式，较少采用立体采集，主要是针对平面采集，且平面的采集精度需要加强。三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，它是通过高速激光扫描测量的方法，具有实时动态高效率、高密度、高精度，自动化等特性，可以快速、大量地采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。但目前，该方法的成本还较高，数据处理也比较复杂。

本文在建立仁寿县珠嘉镇大比例尺地形图的实景三维模型时，采用无人机倾斜摄像系统获取影像数据，构建实景三维模型，并基于三维模型实现数字化测图，研究将三维立体采集与立体测图进行完美结合，既提升了效率，节约了成本，又增加了数据的精准度，在实际生产中具有重要意义。

2.作业技术路线

本研究拟采用航测倾斜摄影测量+三维立体采集+外业补充调查为总体方案，通过无人机倾斜摄影获取影像与立体模型，在内业进行实景三维模型，在室内进行三维立体采集与立体测图，后期通过外业寻图及实地验证，并对影像更新后的实地变化进行补测补调，最后在内业对测量成果进行完善，总的技术路线（如图1所示）：

图1 技术路线图

3.三维数字测图

3.1 影像数据获取

无人机由于具有便携、快速、灵活的特点，是倾斜摄影较好的飞行平台，通过在无人机飞行平台上搭载含有5个相机镜头的数码相机，其中，有一个垂直镜头，用于获取底部区域的正射影像，其余4个镜头分别获取前后左右方向的倾斜影像。

本研究分别采用迪奥普无人机系统和精灵4pro+飞马D1000控制系统获取测区的顶视数据及侧视数据。其中，利用精灵4pro自带的摄影系统（如图2所示）能快速获取倾斜影像，该系统相比较于其他航空倾斜摄影系统具有成本低，飞行可靠性高，操作简单等优势，同时其精度较高，可以满足三维建模高精度、高分辨率数据获取的要求。

图2 精灵4pro无人机倾斜摄影系统

航测影像获取时，获取数据的精度（航摄比例尺及成图比例尺的设定、地面分辨率等）及质量，像控点布设的合理性，航线的布设等都是影响最终成果质量的制约因素，也是三维测图前期的数据基础，每一步都应进行质量把控，并在空三加密时进行验证，无法达到精度要求则需补飞进行加密，以满足后续的采集精度（1∶500大比例尺）要求。

3.2 三维模型构建

运用smart 3D软件，对倾斜影像数据进行空三加密，生产实景三维模型（如图3所示）。以所见即所得的方式把所有地形、地物真实地反映在三维模型上。三维建模的具体流程：利用建模软件对照片进行建模，将照片导入到建模软件中，通过计算机图形计算，结合POS信息空三处理，生成点云，点云构成格网，格网结合照片生成赋有纹理的三维模型。

图3 smart 3D进行三维建模

本研究中三维建模充分发挥了工作站的优势，通过局域网联机，使用建模软件并行运算，大大提高了数据生产效率。经测试，在使用4台工作站进行并行运算时，0.4km2的三维模型全生产周期约为4h，其中，自由网匹配与空三加密约2h，三维模型构建约为2h。一个乡镇约1.2km2的数据，3500余张影像数据，自由网匹配与空三加密约4h，三维模型构建约为6h。相对于单机全流程大概需要48h的时间而言，多机并行运算体现了高效的建模效率。

3.3 三维立体采集

本研究的生产基本路线确定采用摄影测量的方式进行。为满足成图精度要求，航测技术路线确定为在三维模型上采集建筑物及附属设施，在立体模型上采集等高线、高压线、电力线等其他要素。内业对遮挡不便采集或无法准确定位的地方进行标注，需要外业调绘补测，进一步提升成图精度。

在三维模型上采集信息，首先要保证是三维建模的精度需要在0.05m精度范围内，这对飞行和建模有很高的要求，其次是人员在信息采集时的专业水平。利用SV360软件在三维模型上进行立体采集（如图4所示），在三维模型上需要采集的要素包含：建成房屋（包括房檐）、棚房、围墙、栅栏、门顶、雨罩、阳台、支柱、廊房、通廊、飘楼、通道、台阶等构筑物。其中，很多要素是在常规立体测图中是不能辨识或不可视的。

图4 SV360进行立体采集

3.4 立体测图

采用立体测图对房屋以外的其他要素进行测量。相对于立体测图，在三维模型中采集线状地物的效率要低很多，尤其是对树木遮挡下的线状的类要素采集是很困难的。所以，为了保证测图的精度和效率，我们采用三维模型采集与立体采集相结合的方式，且二者的精度可以相互验证，采集的要素可以相互补充，经实地验证这是一种切实可行的生产手段。

3.5 外业寻图

本文的作业方案为内—外—内的操作流程，即内业采集完成后，需要通过外业寻图及实地验证，并对影像更新后的实地变化进行补测补调，并在内业对测量成果进行更新，最后在内业进行成果完善，进一步优化测绘成果。

3.6 数据建库

在完成了珠嘉镇内业形图生产后，最终利用iData数据工厂将地形图进行地物构面、拓扑关系检查与处理、属性一致性检查与处理，最终建立标准数据库（如图5所示），方便数据管理、数据更新及相关研究的综合应用。

图5 朱嘉镇成果地形图

4.成果质量检查

为确定外业调绘、补测需要完成的准确工作内容，以及对三维模型测图质量情况检查，进行实地调查与内业成图精度对比，通过传统测量方法，利用RTK、全站仪、皮尺等仪器采集建筑物拐点坐标、栓距、地面高程等作为精度检查的依据，并巡视检查了地形图与实际的符合性。

经过实地检查与数据对比，从表1、表2、表3中可以看出：当三维模型可视情况良好的情况下，平面位置精度在5cm-10cm，边长误差基本在5cm以内，高程误差在10cm左右。精度完全能满足1∶500比例尺地形图测绘的要求。在高程检查中，均选择三维可视情况好的特征点进行现场高程采集检查，通过检查表发现，差值均在±0.1m左右，在限差范围内，相对于平面精度，高程精度较高，今后可考虑该高程误差属于此种作业方法的固定误差。

表1 边长检查记录表

表2 平面坐标检查记录表

表3 高程精度检查记录表

如发现平面或者高程出现一点可视或者不可视的情况，精度可能出现稍差的情况，可考虑在外业寻图及实地验证时，对这种特定位置进行补测补调，以确保成图精度。但实地这些位置往往是不好采集的（如，檐廊、廊房角等位置，外业采集并不好操作），这也充分体现了立体测图的优势。

5.结束语

本次作业我们采用了全新的技术路线，基于倾斜摄影测量的三维数字测图成果无论是平面还是高程都能满足相关规范的要求。对于地形图精度有更高要求的应用领域，如，施工、房产测绘等，本次研究的成果精度还是不能完全满足。但在平面上可以考虑通过获取更高分辨率的航摄影像去构建精细的三维模型来提升精度，高程精度可以考虑通过三维激光扫描的数据来补充提升。

本次作业方案充分利用在内业采集三维立体信息，减少了对天气的依赖，结合外业寻图及补测补调，使三维立体采集与立体测图进行完美结合，既提升了效率，又增加了数据的精准度。目前很多公司也尝试在三维数字测图、河湖管理范围划定等项目中的应用，这也必将是今后地理信息产业的一个发展方向。在节约时间和成本的同时，不断提升成果精度，也是测绘人不断追寻的方向。